上海坤和代孕中心第三代试管婴儿PGS技术解读

  第三代试管婴儿技术的出现帮助了很多有遗传病或者不明原因性不孕家庭实现了生育健康宝宝的夙愿。最近有一名40多岁的妇女,历经十余次试管婴儿疗程,在胚胎植入前着床前先行接受PGS技术,终于成功受孕。随着第三代试管婴儿技术的不断成熟,越来越多的人选择第三代试管婴儿实现生育愿望。下面上海坤和代孕中心为大家讲解:第三代试管婴儿PGS技术。


  (1)辅助生殖过程中对胚胎植入前的遗传学筛查和基因诊断


  胚胎植入前遗传学筛查(Preimplantation Genetic Screening, PGS),用于在胚胎植入着床之前对早期胚胎进行染色体数目和结构异常的检测,主要通过检测胚胎的23对染色体结构、数目,通过比对分析来检测胚胎是否有遗传物质异常。胚胎植入前遗传学诊断(Preimplantation Genetic Diagnosis,PGD),是取胚胎的遗传物质进行分析,诊断是否有异常,筛选健康的胚胎移植,防止遗传病传递的方法。


  1990年英国Alen Handyside通过使用一种FISH (荧光原位杂交)的遗传分析技术,利用囊性纤维化(CF)突变基因的已知序列,“点亮”这段突变序列的胚胎,选择出不含有突变基因的胚胎植入到女性的子宫,成功完成了世界首例通过PGD分娩健康婴儿的技术。我国于1999年在中山大学第一附属医院通过FISH技术成功完成我国第一例胚胎植入前遗传学诊断。


  (2)PGS/PGD可降低高龄、高危孕妇自发流产率,提高怀孕率


  PGS可以选择染色体正常的胚胎进行移植,因此提高了胚胎移植的有效性,避免了因为染色体异常导致的流产和畸形胎儿的出生,并提高了成功率,适用于卵巢储备尚可的高龄妇女或反复失败、反复流产或染色体异常的不孕夫妇。PGD能诊断一些单基因缺陷引发的疾病,比如说血友病、地中海贫血症等疾病,适用于担心自身可能会携带遗传性疾病或可能将染色体遗传异常遗传给后代的夫妇或人士。如图,临床研究结果显示,PGS/PGD可选择健康胚胎,降低流产率,提高试管婴儿成功率。据了解,目前我国的PGS/PGD技术能够将试管婴儿单周期的成功率从不足20%提高到30%以上。

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  图表 15  辅助生殖妊娠过程中流产率及妊娠率的对比


  反复流产人群流产率


  临床妊娠率


  (3)PGS/PGD的检测手段


  PGS/PGD通用检测手段包括荧光原位杂交 (FISH)、聚合酶链反应(PCR)技术、单核苷酸多态性分析 (SNPs)、比较基因组杂交(CGH)、二代测序(NGS)检测。


  1)荧光原位杂交 (FISH)


  荧光原位杂交(FISH)用于评估染色体异常数值。采用特定DNA探针在固定的细胞核上进行,是一种用于自发性染色体非整倍体胚胎筛选的技术选择,目的是为了提高辅助生殖的效率。这种分析方法存在局限性,因为人类染色体有23对,但采用FISH只能对5种染色体进行准确评估,即 13, 18, 21, X 和 Y 染色体。然而这种方法对于X染色体连锁疾病而需要进行性别选择,以及某些高龄产妇是有帮助的。高龄产妇的小孩患有唐氏综合症的或反复流产的风险很高。胚胎植入前的遗传学诊断(PGD)是一个安全的程序,通常用于具有较大风险会产下不健康的孩子的女性。它可以用于防止各种遗传性疾病,或用来选择最合适的胚胎进行移植并正常怀孕。


  2)聚合酶链反应(PCR)技术


  一些常见病如血友病、β地中海贫血、新生儿溶血、镰刀型细胞贫血、肌营养不良、软骨发育不全、多指、脊髓小脑共济失调Ⅰ型、遗传性肾炎 、囊性纤维病、黑朦白痴等都属单基因遗传病,其致病基因及突变位点特征都比较清楚,目前检测的方法都是以PCR为基础。


  3)单核苷酸多态性分析 (SNPs)


  单核苷酸多态性分析是一项最新技术,它能够检测出全部24种染色体的情况,并能提供准确率大于99%的检测结果。SNPs还可以同时检测出胚胎细胞的强度差异和等位基因比例。SNPs可用于检测24种染色体的非整倍体筛查、载体易位或反转,以及单基因疾病。2011年,郑州大学第一附属医院生殖中心通过单核苷酸多态性微阵列技术对1例平衡易位携带患者的PGD试管婴儿助孕治疗,筛选染色体正常的胚胎进行植入,并于2012年3月成功分娩一健康女婴。

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  图表 17 SNPs在辅助生殖中的应用


  SNPs在辅助生殖中的应用


  4) 比较基因组杂交(CGH)


  比较基因组杂交(comparative genomic hybridization, CGH)技术是在FISH技术的基础上发展起来的一种新的分子细胞遗传学技术。目前,一种将基因芯片和CGH相结合的新技术——微阵列-比较基因组杂交(microarray-CGH,又称array CGH)技术日趋成熟,并以其具有更高的分辨率,能够大规模、高通量地一次性检测所有染色体位点的异常,并能够自动分析结果,更加客观省时的优点而备受瞩目。


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  图表 18  微阵列-比较基因组杂交在辅助生殖中的应用



  5)二代测序(NGS)


  二代测序技术是最近几年建立的高通量技术,其特点是一次测序反应可以产生千万到亿条序列,而测序的成本大大降低,到2010年已经进入数千美元测定一个人全基因组的时代。Illumina公司发布的HiSeq X? Ten测序系统,能够以千元成本测序完整的人类基因组,最多每天能测序600 billion bp。


  图表 19   NGS在辅助生殖中的应用


  高通量测序植入前胚胎遗传学诊断,需要显微分离胚胎内单细胞又不影响胚胎的发育潜能并利用单细胞扩增技术进行单个胚胎细胞基因组扩增,最后进行高通量测序分析。由于此项技术门槛较高,国家监管也较严格。2015年卫计委妇幼保健服务司发布的《关于辅助生殖机构开展高通量基因测序植入前胚胎遗传学诊断临床应用试点工作的通知》中明确指出目前我国只有13家医疗机构审批通过了开展高通量基因测序植入胚胎遗传学诊断临床应用试点的工作,胚胎植入前遗传学诊断在我国的发展仍然具有较大的空间。


  (4)PGS/PGD市场规模测算


  从体外受精第3日的卵裂球取1-2个细胞或第5第6日的囊胚取3-10个外滋养层细胞,进行遗传学分析,一次细胞的检测费用2000-3000元不等,每年进行辅助生殖手术的夫妇130-156万对,假设这部分夫妇有30%愿意做PGS/PGD,则PGS/PGD市场规模约为100亿元。


  (5)PGS/PGD可能存在的问题


  尽管目前有很多PGS提高植入率和活产率的报道,但仍有较多的随机对照研究得不到足够的证据证明PGS能有效改善植入率和活产率,加上胚胎嵌合的可纠正性、PGS活检操作和高费用问题,PGS仍受到争议,仍需要更大规模的临床随机研究支持。


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